Ciclo di Krebs

Il ciclo di Krebs

CO2, NAD viene ridotto a NADH e il piruvato ossidato ad acetil coenzima A. Intervengono in questa reazione apparentemente semplice, 3 enzimi: si dice COMPLESSO DELLA PIRUVATO DEIDROGENASI. Questi sono: Decarbossilasi, Transacetilasi, Deidrogenasi. Questi lavorano con 3 coenzimi che sono: TPP, Lipoamide, FAD. Reazione catalizzata: Decarbossilazione. La reazione è quindi formata da 3 step. Entra: la molecola di piruvato, coenzima A e NAD. Esce: CO2, acetil coenzima A e NADH. La molecola di coenzima A è una molecola potenzialmente energetica: ha 8 elettroni disponibili. Ha inoltre un legame tioestere che è un legame molto energetico. Quando entra nel ciclo, ci saranno step ossidativi sugli elettroni e si formerà GTP (stesso significato energetico di ATP) e questo si forma perché il legame tioestere è molto energetico. 1. CICLO DI KREBS Il punto iniziale e quello finale del processo coincidono, per questo viene chiamato ciclo. La molecola di partenza.

è l’ossalacetato che viene intercettata dalla molecola di acetilcoenzima A.Il ciclo prevede una serie di reazioni.La molecola di acetil coenzima A perde i suoi due atomi di carbonio come CO2 el’ossalacetato viene rigenerato.L’acetil coenzima A viene considerato il carburante del ciclo.Entra, si forma una molecola che è data da 6C, da questa ci sono step, ripristinatol’ossalacetato a 4C.È chiamato anche ciclo dell’acido citrico o ciclo degli acidi tricarbossilici poiché l’acidocitrico ha 3 gruppo carbossilici.Localizzazione: nella matrice mitocondriale. Il piruvato dal citosol migra nel mitocondrio e qui avvengono la piruvato deidrogenasi e il ciclo di Krebs.Gli 8 elettroni dell’acetil coenzima A vengono completamente rimossi. Vengono liberate 4 coppie di elettroni, 4 molecole di coenzima: 3 di NADH e 1 di FADH2(ossidazione da doppio legame a singolo).NADH si libera nelle due reazioni di decarbossilazione

ossidativa. Le ossidazioni riguardano gruppi in cui è implicato l'ossigeno. L'ossigeno non riguarda CO ma un legame doppio: gli elettroni vengono presi dal FAD e si forma FADH2. L'acetil coenzima A è una molecola energetica anche perché contiene un legame tioestere con il coenzima A. Quando questo legame si rompe viene liberata direttamente la molecola di GTP. Il ciclo è considerato un ciclo catabolico a tutti gli effetti ma in realtà è chiamato ciclo ANFIBOLICO poiché alcuni dei suoi intermedi possono essere utilizzati come punti di partenza per la sintesi di nuove molecole così come altre molecole possono essere degradate in intermedi del ciclo. È uno dei cicli più collegati con altre vie metaboliche. Rappresenta il cuore di tutti i cicli metabolici. Gli enzimi che intervengono nel ciclo sono enzimi della matrice mitocondriale fatta eccezione per un unico enzima che è la succinato deidrogenasi.

Una flavoproteina, una proteina di membrana che non è presente dentro alla matrice ma è ancorata alla membrana interna del mitocondrio e fa parte del complesso secondo della fosforilazione ossidativa. Gli enzimi che intervengono nella fosforilazione ossidativa sono tutti enzimi che si trovano ancorati alla membrana interna dei mitocondri. La molecola di FAD che interviene con la produzione di FADH2 è saldamente legata all'enzima. (Il coenzima NAD si muove mentre il FAD di solito è legata a enzimi, cioè strutture, chiamate flavoproteine che contengono proprio coenzimi direttamente legati). Collegamenti con altre vie metaboliche: fosforilazione ossidativa, le molecole di NADH che vengono prodotte vanno alla fosforilazione ossidativa. Inoltre, uno degli enzimi è comune a entrambi i processi. L'acetil coenzima A entra nel ciclo e intercetta l'acido ossalacetico e si forma la molecola di citrato. Dal citrato si forma l'acido

isocitrico. Prima decarbossilazione ossidativa e si forma la molecola di alfa-chetoglutarato che subisce una seconda decarbossilazione ossidativa producendo succinil coenzima A. Si forma una molecola di GTP, si rompe il legame tioestere e si forma il succinato. Questo viene ossidato a fumarato. Il fumarato a malato. Da malato a ossalacetato. La parte sinistra del ciclo la rivedremo rovesciata nel processo di sintesi degli acidi grassi. Sono 3 reazioni che vengono fatte dalla cellula quando si vuole andare ad inserire un gruppo chetonico CO su una catena satura di atomi di carbonio. Il punto finale è l'ossalacetato. Il gruppo chetonico si inserisce in posizione 2.

1. Deidrogenazione
2. Idratazione
3. Deidrogenazione (sono le stesse reazioni che farebbe un chimico organico in laboratorio ma la differenza sta nel fatto che nella cellula i coenzimi usati sono NAD e FAD. Possono produrre molecole ridotte dalle quali si può ottenere ATP).

3 reazioni irreversibili: la prima e le due

decarbossilazioni ossidative. Gli enzimi che lecatalizzano sono gli enzimi REGOLATORI del ciclo. Hanno ∆G lontane dall’equilibrio, inquesto caso negative, e spingono il ciclo ad andare avanti.

Queste tre sono gli step regolati dalla concentrazione di substrato, dalla regolazioneallosterica e dalla fosforilazione.

La parte sinistra si dice che proceda “a rimorchio”: procede in base alla quantità disubstrato che le arriva.

In giallo sono evidenziate le molecole prodotte:

• GTP
• FADH2
• I tre step in cui si forma NADH

REGOLAZIONE

Se considero solo il ciclo, gli enzimi sono:

• la citrato sintasi
• le 2 deidrogenasi. Isocitrato deidrogenasi e chetoglutarato deidrogenasi

Questo in realtà è un complesso (come il piruvato deidrogenasi).

Regolazione allosterica o eventualmente da prodotto

A che cosa serve il ciclo?

La Piruvato deidrogenasi e ciclo di Krebs servono a produrre ATP.

Quali sono i segnali che attivano e inattivano?

I segnali di alta e bassa energia

regolano il ciclo attraverso gli enzimi. Alta energia: ATP, NADH. Bassa energia: prodotti di idrolisi dell'ATP: ADP, NAD+. Non sono solo questi ma anche disponibilità di substrati, inibizione da prodotto, regolazione allosterica... COLLEGAMENTI CON ALTRE VIE METABOLICHE Il ciclo di Krebs è il cuore metabolico del metabolismo in generale perché gli intermedi del ciclo sono collegati ad altri intermedi. È un CICLO ANFIBOLICO. Il collegamento principale è con la fosforilazione ossidativa, sia indirettamente tramite NADH che direttamente tramite la succinato deidrogenasi. Non è però l'unico: - Collegamento con il piruvato poiché l'acetil coenzima A deriva da questa molecola. - Collegamento con i lipidi: intermedio dell'acido citrico, punto di partenza della sintesi degli acidi grassi e colesterolo. Questa è una sintesi citosolica. Teoricamente dovrebbe essere la molecola di acetil coenzima A e dovrebbe uscire e...

Entrare nel mitocondrio ma questa non riesce a superare la barriera della membrana interna del mitocondrio. Lo può fare invece il citrato che possiede un suo canale apposito. Quando l'acetil coenzima A con l'ossalacetato formano il primo intermedio, l'acido citrico può seguire la via oppure uscire fuori. Incontrerà poi successivamente un enzima che lo riscinderà nelle due molecole di partenza e l'ossalacetato torna nel ciclo mentre il coensima A entra nella via della sintesi dei lipidi.

Collegamento con la sintesi dell'-EME: la molecola di succinil coenzima A. sintesi dell'anello porfirinico.

L'acido fumarico è importante per il ciclo dell'urea: riguarda gli amminoacidi, eliminazione dell'azoto da parte delle cellule.

Collegamento con gli amminoacidi: ci sono intermedi come l'acido alfa-chetoglutarico e l'acido ossalacetico che mi danno due amminoacidi molto importanti: l'acido

glutammico e l'acido aspartico. Questi possono essere usati per la sintesi di altri amminoacidi ma anche per nucleotidi purinici e pirimidinici per DNA e RNA. Per reazione di transamminazione. Anche succinil coenzima A e acido piruvico (non direttamente) sono collegati agli amminoacidi. Questo collegamento è fondamentale per le situazioni di digiuno prolungato. Nell'intervallo dei pasti non introduciamo glucosio dall'esterno. Il cervello utilizza solamente glucosio per produrre energia con le proprie cellule. Le cellule si attivano per rimuovere il glucosio dal fegato o sotto forma di glicogeno. Questa è la riserva prossima, prima scorta utilizzata. Con il passare del tempo, anche il glicogeno diminuisce e il fegato si attiva: la gluconeogenesi. Sono necessari tutta una serie di precursori non glucidici: i più importanti sono gli amminoacidi. Questi vengono convertiti in intermedi del ciclo, si trasformano in acido ossalacetico e viene poi deviato in glucosio.

L'acido ossalacetico rappresenta il punto di partenza della gluconeogenesi. Gli amminoacidi vengono rimossi dalle proteine presenti nei muscoli. Gli amminoacidi vengono considerati una riserva remota. Tutti gli amminoacidi possono formare glucosio ma fanno eccezione due: l'alisina e la leucina che sono due amminoacidi non glucogenici. Gli altri sono chetogenici, cinque sono una via di mezzo, sono entrambi. Non possono essere usati per la sintesi del glucosio i grassi poiché i trigliceridi non danno glucosio. Quando gli acidi grassi vengono degradati attraverso la beta-ossidazione, l'acetil coenzima A che si forma entra nel ciclo e i suoi due atomi di carbonio vengono persi. Dall'acido grasso non c'è modo di ottenere acido ossalacetico. L'acetil coenzima A entra nel ciclo di Krebs ma i suoi due atomi di carbonio vengono persi come CO2. Il catabolismo degli acidi grassi non può portare a formazione di ossalacetato. Questo è però è

possibile nelle piante poiché oltre ad avere il ciclo di Krebs, presentano anche il ciclo del gliossilato. L'acetil coenzima A che si ottiene dalla degradazione degli acidi grassi, entra nel ciclo e intercetta la molecola di ossalacetato. Ad un certo punto, in un intermedio del ciclo interviene una liasi che divide l'intermedio in due molecole: il succinato e l'acido gliossilico. Quest'ultimo reagisce con una seconda molecola di acetil coenzima A e forma l'ossalacetato. Il succinato entra nel ciclo di Krebs. L'acetil coenzima A reagisce con ossalacetato, si forma citrato e poi isocitrato però quest'ultimo viene scisso dalla liasi. Il succinato entra nella parte sinistra del ciclo e da ossalacetato che può poi essere deviato al